安亞強(qiáng),徐 潔

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院,陜西 咸陽 712000)

目前,我國經(jīng)濟(jì)在不斷的發(fā)展,在人們生活水平不斷提高的背景下,隨處可見高樓大廈,建筑工程行業(yè)發(fā)展對(duì)于新型建筑材料要求也在不斷提高[1]。另外,我國傳統(tǒng)建筑材料已經(jīng)無法滿足對(duì)技術(shù)的發(fā)展需求。為了能夠使環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用在建筑加固中,分析環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的使用,從而為環(huán)氧樹脂在各領(lǐng)域中的使用打下基礎(chǔ)[2]。

1 環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的性能

根據(jù)環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的用途分為錨固用、加固用、修補(bǔ)用等;根據(jù)施工狀態(tài)劃分為涂覆用、灌注用與特殊型建筑結(jié)構(gòu)膠。國內(nèi)環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的品種包括結(jié)構(gòu)灌注膠、粘鋼加固結(jié)構(gòu)膠、植筋錨固膠等。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的特點(diǎn)為:建筑結(jié)構(gòu)膠固化時(shí)間段,能夠在應(yīng)急搶修工程的加固、補(bǔ)強(qiáng)中使用;粘接工藝簡單,施工速度快、操作方便、工期短、效率高;粘接處受力均勻,不容易出現(xiàn)應(yīng)力集中情況,具有良好的整體性和耐疲勞抗裂性;粘接強(qiáng)度高;能夠粘接不同性質(zhì)材料[3]。

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

主要實(shí)驗(yàn)材料:環(huán)氧樹脂(工業(yè)級(jí),環(huán)氧值0.48～0.54 ep/g)、體積分?jǐn)?shù)8%羥基硅油(工業(yè)級(jí))、甲苯二異氰酸酯(工業(yè)級(jí))、促進(jìn)劑2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(分析純)、催化劑二月桂酸二丁基錫(分析純)、試劑二甲苯(分析純)、指示劑溴甲酚綠(分析純)。

主要實(shí)驗(yàn)儀器:紅外光譜儀、電子天平秤、掃描電子顯微鏡等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

合成端異氰酸酯有機(jī)硅氧烷,然后進(jìn)行環(huán)氧樹脂除水和冷卻,直到溫度降低為40 ℃。最后,將真空解除,充分?jǐn)嚢?在燒瓶中放入預(yù)聚體,利用恒壓低液漏斗升溫,溫度在90 ℃時(shí)保溫2 h后出料[4]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)硅摻量對(duì)吸水率的影響

在對(duì)環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠性能檢驗(yàn)過程中,吸水率為主要指標(biāo)。在檢驗(yàn)環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠性能時(shí),主要指標(biāo)為吸水率。在吸水率高時(shí),材料會(huì)出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力,使力學(xué)性能、耐熱性能降低,還會(huì)對(duì)老化性能有影響;表1為固化收縮率實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由表1可知,對(duì)比純環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠,改性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠具有較大的收縮率[5]。如果有機(jī)硅的含量不斷提高,還會(huì)使改性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的收縮率得到提高。導(dǎo)致出現(xiàn)此情況是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠添加有機(jī)硅的時(shí)候,會(huì)增加膠粘劑交聯(lián)密度,使固收縮效果增加。在加入量越大的時(shí)候,就會(huì)有明顯的加固收縮,增加收縮率。吸收率變化趨勢和收縮率相反,改性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠時(shí)吸水率比較小。在增加有機(jī)硅含量的時(shí)候,就會(huì)降低吸水率[6]。此主要是因?yàn)橛袡C(jī)硅表面能低,就會(huì)有很大變化,比如遷移、富集等,導(dǎo)致環(huán)氧樹脂表面性能改變。另外,因?yàn)楦男原h(huán)氧樹脂建筑膠存在憎水性,導(dǎo)致存在上述變化趨勢[7]。

2.2 力學(xué)性能影響

水泥地裂縫修補(bǔ)材料的力學(xué)性能比較強(qiáng),使修補(bǔ)效果得到提高。沖擊強(qiáng)度如圖2所示,在有機(jī)硅含量提升的過程中,斷裂伸長率和抗擊強(qiáng)度的變化趨勢都是先增加之后降低[8];但二者變化趨勢不同。在有機(jī)硅含量比較少的時(shí)候,會(huì)使沖擊強(qiáng)度增加的幅度得到縮小。在對(duì)有機(jī)硅含量添加時(shí),結(jié)構(gòu)膠沖擊強(qiáng)度并不會(huì)大幅度的增加[9]。

圖1 沖擊強(qiáng)度

拉伸強(qiáng)度與抗剪切的強(qiáng)度變化趨勢一樣時(shí),增加有機(jī)硅含量會(huì)使抗剪切和抗拉伸的強(qiáng)度得到降低。導(dǎo)致此情況是因?yàn)樵谠黾佑袡C(jī)硅含量的時(shí)候,也會(huì)增加結(jié)構(gòu)膠的柔順性,降低拉伸強(qiáng)度[10]。

2.3 不同含量有機(jī)硅對(duì)人工老化性能影響

表2為不同含量有機(jī)硅對(duì)人工老化力學(xué)性能的影響。 通過人工老化處理之后,拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都會(huì)降低,在添加有機(jī)硅后能夠提高保留率,說明提高了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂膠的耐濕熱老化性能。導(dǎo)致此情況是因?yàn)橛袡C(jī)硅能夠使材料耐熱性能與輸水性能得到提高,在水泥地裂修補(bǔ)中使用能夠使耐濕熱老化能力增加,提高應(yīng)用耐久性[11]。

表2 不同含量有機(jī)硅對(duì)人工老化力學(xué)性能的影響Tab.2 Mechanical properties of artificial aging

由表2可知,在材料通過老化處理之后,會(huì)提高力學(xué)性能變化,從而降低力學(xué)性能[12]。主要是由于在濕熱環(huán)境中的水分子會(huì)破壞基體化學(xué)鍵,提高基體固化程度?？傮w分析可知,力學(xué)性能下降, 主要是因?yàn)榛w和粘接面具有不可逆破壞,使力學(xué)性能降低[13]。

2.4 稀釋劑添加量對(duì)膠粘劑流動(dòng)性的影響

在選擇環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑稀釋劑過程中,使用三羥甲基丙烷縮水甘油醚。由于此稀釋劑的性能良好,使環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑流動(dòng)性能得到提高,還能夠使膠粘劑軟化溫度提高,使膠粘劑凝膠時(shí)間延長;表3為不同稀釋劑量對(duì)膠粘劑流動(dòng)性能的影響。

表3 不同稀釋劑添加量對(duì)流動(dòng)性能的影響Tab.3 Effects of different dilution doses

由表3可知,在稀釋劑用量越來越大的時(shí)候,膠粘劑滲透深度和凝膠時(shí)間也會(huì)越來越大,但黏度越來越小;在黏度比較小的時(shí)候,浸潤性能良好,能夠使施工工藝得到提高。在稀釋劑用量增加的時(shí)候,剪切強(qiáng)度變化趨勢為先增加后減少。軟化溫度在稀釋劑用量增加過程中降低。為了提高膠粘劑性能,在稀釋劑用量20 phr的時(shí)候,剪切強(qiáng)度最好[14]。

3 環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠在建筑加固中的應(yīng)用

3.1 外部粘鋼加固法

此加固法在承受靜力作用受彎和受拉構(gòu)件中使用,且環(huán)境溫度、濕度分別低于60 ℃、70%;若構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于C15,不能使用此方法?；炷翗?gòu)件表面的處理方法:

(1)針對(duì)原本混凝土構(gòu)件粘合面,使用硬毛刷蘸取洗滌劑將表面油垢污物刷除,之后使用冷水沖洗,打磨粘合面,除去2～3 mm厚表層,直到新面露出,并且使用無油壓縮空氣吹除粉粒。假如混凝土表面不是很舊、很臟,可以打磨粘合面,取出1～2 mm表層,使用壓縮空氣將粉塵除去,在干燥之后使用脫脂棉蘸取丙酮擦拭表面;

(2)針對(duì)新混凝土粘合面,利用鋼絲刷刷去表面松散浮渣、硬毛刷蘸取洗滌劑洗刷表面,在完全干后涂抹粘結(jié)劑;

(3)針對(duì)齡期3個(gè)月內(nèi)的混凝土構(gòu)件,通過人工干燥處理。

要對(duì)鋼板粘合面實(shí)現(xiàn)粗糙和除銹的處理,如果鋼筋沒有生銹或輕微銹蝕,可以使用紗布、噴砂打磨,直到金屬光澤。打磨粗糙度越大越好,之后使用脫脂棉蘸取丙酮擦拭。如果鋼板存在嚴(yán)重的銹蝕,使用鹽酸浸泡20 min,銹層脫落后使用石灰水沖洗,中和酸離子,最后使用平砂輪打磨紋道。

在粘貼鋼板之前要卸荷加固構(gòu)件,如果使用千斤頂?shù)姆绞叫逗?針對(duì)承受均布荷載梁,要使用多點(diǎn)均勻頂升。針對(duì)有次梁作用的主梁,每根次梁要設(shè)置千斤頂[15]。

3.2 植筋

(1)鉆孔。根據(jù)設(shè)計(jì)需求鉆取植筋孔,根據(jù)需求設(shè)計(jì)深度,不能夠小于10 cm,孔徑大于筋徑45 cm;

(2)清孔。使用氣泵、鋼絲刷等工具將孔內(nèi)的粉末、水分、泥灰清除,使用丙酮對(duì)孔壁擦洗;

(3)鋼筋處理。利用粗砂紙將鋼筋雜質(zhì)、銹痕除去,使用丙酮擦拭;

(4)配膠。根據(jù)規(guī)定的質(zhì)量將膠倒入容器中,攪拌均勻。

(5)注膠。采用合適方法與器具使調(diào)好的膠粘劑注入到孔中,膠粘劑在使用期用完;

(6)栽筋。采用處理的鋼筋插入到孔中,轉(zhuǎn)動(dòng)、提動(dòng),固定24 h。

3.3 裂縫修補(bǔ)

此方法主要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行修補(bǔ),恢復(fù)其使用功能和整體性。針對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不足導(dǎo)致的裂縫,還可使用相應(yīng)加固措施,保證結(jié)構(gòu)安全性。使裂縫構(gòu)成密閉性空腔,有控制的要預(yù)留進(jìn)出口,根據(jù)專用灌漿泵將漿液壓入到縫隙后填滿,灌漿之前要處理。裂縫灌漿工藝流程:

(1)表面處理法。針對(duì)混凝土構(gòu)件比較小的裂縫,使用鋼絲刷將裂縫表面的浮渣、白灰、灰塵等污物清除。之后使用毛刷蘸取酒精、甲苯等有機(jī)溶液,使裂縫兩側(cè)20～30 mm擦洗干凈,并且保持干燥;

(2)鑿槽法。針對(duì)混凝土構(gòu)件比較寬的裂縫,根據(jù)裂縫使用風(fēng)鎬鑿V形槽,槽深和槽寬以裂縫的寬度確定。在鑿槽的時(shí)候沿裂縫打開,之后對(duì)兩側(cè)加寬,使用壓縮空氣或者鋼絲刷清除混凝土碎屑;

(3)鉆孔法。針對(duì)大型結(jié)構(gòu)和大體積混凝土的深裂縫,在裂縫中鉆孔,針對(duì)走向不規(guī)則裂縫。除了騎縫鉆孔,要加鉆斜孔,使灌漿通路擴(kuò)大。鉆孔直徑風(fēng)鉆為56 mm,機(jī)鉆孔樁為最小孔徑。裂縫寬度在0.5 mm以下,孔距為2～3 m,裂縫寬度不超過0.5 mm,使距離縮小。鉆孔后將孔內(nèi)碎屑粉塵清除,在孔徑10 mm以上,使用小粒徑的卵石填到孔內(nèi),使耗漿量降低。

使用表面灌漿處理裂縫,利用灌漿盒或者灌漿嘴。鑿V形槽裂縫使用灌漿嘴,鉆孔內(nèi)使用灌漿管。在裂縫交叉、端部或者裂縫貫穿處,鉆孔埋設(shè)灌漿嘴。間距縫寬小于1 mm的時(shí)候?yàn)?50～500 mm,在裂縫寬大于1 mm的時(shí)候,為500～1 000 mm。在每條裂縫中設(shè)置出漿嘴、排氣嘴、進(jìn)漿嘴,在埋設(shè)的時(shí)候?qū)h(huán)氧膠泥涂抹在灌漿嘴底盤中,進(jìn)漿孔在預(yù)定位置粘貼,鉆孔灌漿管在孔內(nèi)埋設(shè)鐵管。

裂縫封閉之后實(shí)現(xiàn)壓氣試漏,對(duì)密閉效果進(jìn)行檢查。

3.4 混凝土整體工程粘接

混凝土工程的構(gòu)件要提前定制,主要是由于大型水泥混凝土工程的構(gòu)件要相互鏈接,主要包括水庫大壩、橋梁碼頭、海上油田等,將結(jié)構(gòu)工程作為一個(gè)大整體,保證力學(xué)性能。要求良好連接混凝土構(gòu)件,此為混凝土工程研究的主要工程。之前,都是新拌和水泥砂漿聯(lián)合混凝土粘接硬化混凝土構(gòu)件,但粘接強(qiáng)度比較低,短時(shí)間會(huì)出現(xiàn)粘接層分離脫落的情況?？梢允褂铆h(huán)氧樹脂膠粘劑能夠使此問題得到解決,通過研究測試抗拉和粘接強(qiáng)度,環(huán)氧樹脂膠粘劑在硬化水泥砂漿表面和混凝土構(gòu)件粘接,在受力時(shí)的膠粘劑層沒有拉斷,表示環(huán)氧樹脂膠粘劑具備良好結(jié)構(gòu)作用,膠粘劑層強(qiáng)度比較高。環(huán)氧樹脂膠粘劑能夠使水泥混凝土構(gòu)件粘接問題得到解決,使整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,應(yīng)用到建筑工業(yè)中,促進(jìn)建筑工業(yè)與大規(guī)模整體工程的發(fā)展。

4 結(jié)語

目前,我國修建的大批民用和工業(yè)建筑正在加固、維修時(shí)期。就工業(yè)建筑來說,二級(jí)建筑與危險(xiǎn)廠房比較多。為了避免建筑結(jié)構(gòu)中潛伏危險(xiǎn)導(dǎo)致的事故,擬定了混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)定草案,包括粘貼鋼板加固法。在粘貼鋼板法不斷完善下,安全、快速的新品種結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑在混凝土建筑結(jié)構(gòu)維護(hù)改造與加固中具有重要作用,具備較大市場潛力。目前,環(huán)氧涂層鋼筋具備鋼業(yè)標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)也有生產(chǎn)廠家,并且被重點(diǎn)工程大量使用,其價(jià)格適宜,為目前性能良好的建筑結(jié)構(gòu)膠。